(一)本發(fā)明涉及一種提高生物活性的改性茶渣膳食纖維與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

0、(二)背景技術(shù)

1、茶葉作為一種天然健康的飲品，已具有上千年的悠久歷史，深受人們的喜愛。2020年全球茶葉消費(fèi)量達(dá)630萬t，預(yù)計(jì)未來5年將增加至740萬t。我國(guó)是世界上最大的茶葉生產(chǎn)國(guó)，2020年我國(guó)茶產(chǎn)量為298.60萬t，比上年增加19.26萬t，增幅9.62％。茶葉用于生產(chǎn)與消費(fèi)所產(chǎn)生的茶渣產(chǎn)量非常大，每生產(chǎn)1t紅茶可產(chǎn)生茶渣30～50kg，每生產(chǎn)1t綠茶可產(chǎn)生茶渣30kg。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)僅茶飲料生產(chǎn)企業(yè)每年產(chǎn)生茶渣達(dá)18～20萬t。如此巨量的茶渣只有很小一部分得到合理利用，大部分被當(dāng)作農(nóng)業(yè)垃圾處理，既污染環(huán)境又造成生物資源的巨大浪費(fèi)。提高對(duì)茶渣利用的重視程度，提高資源利用率，不僅可以提升經(jīng)濟(jì)效益，也是一種對(duì)環(huán)境資源的珍惜和保護(hù)。

2、茶葉經(jīng)過浸泡后的茶渣中含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等膳食纖維(dietary fiber,df)，茶渣df主要以不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,idf)為主。研究表明，idf和可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,sdf)在人體內(nèi)發(fā)揮的作用有所不同，df生理功能與二者比例密切相關(guān)。與idf相比，來自植物的sdf具有重要的生理功能和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如sdf可以減少脂質(zhì)消化，并在控制血糖方面顯示出更好的效果。此外，sdf具有比idf更大的形成凝膠和充當(dāng)乳化劑的能力，這使其易于融入食品中。數(shù)據(jù)表明，膳食纖維中sdf的含量應(yīng)達(dá)到10％以上，才能被視為優(yōu)質(zhì)膳食纖維，具有很強(qiáng)的生理活性和保健功能。盡管茶渣富含膳食纖維，但主要是idf，sdf含量較低，理化與功能特性存在缺陷，無法滿足其在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過合理有效地改性處理，不僅能促使df組分連接鍵斷裂，轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，使部分idf轉(zhuǎn)變?yōu)閟df；還可促使df致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變?yōu)樗缮⒕W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有更高的結(jié)合水性、膨脹率與吸附力等理化特性，更好地發(fā)揮生理功能。因而，尋找最佳的改性方法，增加茶渣中sdf的有效溶出，達(dá)到df組成中sdf>10％的合理配比，將為茶渣的綜合利用提供新思路、變廢為寶，增加其經(jīng)濟(jì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物資源的高值化利用。

3、df的改性手段通常有機(jī)械法、物理法、化學(xué)法以及生物酶法等。其中，機(jī)械法大多具有設(shè)備要求高、能耗大、破壁不充分、局部高溫等問題。物理法簡(jiǎn)單易行，但需足夠大溫差，僅適于實(shí)驗(yàn)室操作?；瘜W(xué)法易引入雜質(zhì)且存在安全性與環(huán)境污染等問題。生物酶法生產(chǎn)成本高且單一生物酶很難有效破壁，需多種酶結(jié)合使用。不同的改性方法在改變多糖對(duì)應(yīng)的理化特性方面有所不同，例如超聲改性使多糖的分子結(jié)構(gòu)破壞、聚合度下降、分子質(zhì)量減小等性質(zhì)改變；磷酸酯化改性產(chǎn)物對(duì)羥基自由基的清除效果增強(qiáng)，且同時(shí)具有原多糖十分微弱的對(duì)超氧自由基的清除能力；醚化改性使半纖維素的水溶性提升，熱穩(wěn)定性下降等。各種改性方法使天然多糖在食品、藥品、材料等鄰域有更為廣泛的應(yīng)用。濕熱改性、檸檬酸酯化改性、氧化改性、絡(luò)合改性等提高了多糖在食品領(lǐng)域的利用價(jià)值。

4、茶渣作為日常飲用最多飲品的加工副產(chǎn)物，如何妥善提取并優(yōu)化改性茶渣多糖具有極高的意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明針對(duì)茶渣df中idf含量高、適口性與生物利用率差的特點(diǎn)，首先對(duì)茶渣進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而以茶渣中sdf溶出率為響應(yīng)值，通過自由基介導(dǎo)的改性方式，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，輔以box-behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化獲得茶渣sdf有效溶出的最佳工藝參數(shù)，以獲得高得率、強(qiáng)生物活性(abts、dpph自由基清除能力等抗氧化活性、α-淀粉酶抑制能力與延長(zhǎng)氧化應(yīng)激狀態(tài)下秀麗隱桿線蟲的壽命)的茶渣sdf、以及理化特性優(yōu)異的茶渣idf，可實(shí)現(xiàn)茶渣廢棄物的高品質(zhì)再利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、(三)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明目的是提供一種改性茶渣膳食纖維與應(yīng)用，以茶渣為原料，首先經(jīng)微波結(jié)合生物酶預(yù)處理后，再以茶渣中sdf溶出率為響應(yīng)值，通過自由基介導(dǎo)的改性方式，以fe2+-vc-h2o2為提取劑，經(jīng)單因素試驗(yàn)及box-behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，獲得高得率、強(qiáng)生物活性(abts、dpph自由基清除能力等抗氧化活性、α-淀粉酶抑制能力與延長(zhǎng)氧化應(yīng)激狀態(tài)下秀麗隱桿線蟲的壽命)的茶渣sdf、以及理化特性優(yōu)異的茶渣idf。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供一種提高生物活性的改性茶渣膳食纖維，所述改性茶渣膳食纖維包括不溶性茶渣膳食纖維和可溶性茶渣膳食纖維，所述改性茶渣膳食纖維按如下方法制備：

4、(1)稱取茶渣粉，加入去離子水，在功率為50-250w的條件下微波處理5-30min后，加入半纖維素酶與纖維素酶混合物，調(diào)節(jié)ph4.8，在溫度為30-70℃條件下酶解0.5-2.5h，酶解結(jié)束后放入100℃沸水浴中滅酶5min，調(diào)ph7.0后，得到茶漿；

5、(2)將質(zhì)量濃度為30％的h2o2溶液中加入vc、feso4和去離子水，充分溶解搖勻后，得到含vc-feso4的h2o2溶液；

6、(3)將步驟(2)含vc-feso4的h2o2溶液全部加入步驟(1)茶漿中，混勻，得到茶渣-vc-feso4-h2o2混合液；

7、(4)將步驟(3)茶渣-vc-feso4-h2o2混合液放入恒溫振蕩器中振蕩，調(diào)整振蕩器參數(shù)為50-100℃、100-200rpm，往復(fù)回旋振蕩20-120min；取出混合液，離心(優(yōu)選8000r/min離心10min)，獲得上清液和濾渣；濾渣在50℃下烘干，獲得不溶性茶渣膳食纖維(idf)；

8、(5)將步驟(4)上清液旋蒸濃縮至原體積的五分之一，得到濃縮液；邊攪拌邊緩慢加入濃縮液體積4倍的95％乙醇，置于4℃冰箱醇沉12h后，將上清液小心倒出，保留下層沉淀物；

9、(6)將步驟(5)下層沉淀物離心(優(yōu)選置離心機(jī)中1000r/min離心5min)，取沉淀加水于65℃下旋蒸濃縮至乙醇完全蒸出，得到濃縮液；

10、(7)將步驟(6)濃縮液采用sevag法脫蛋白，獲得可溶性茶渣膳食纖維(sdf)。

11、優(yōu)選的，步驟(1)茶渣粉按如下方法制備：將提取茶湯后的茶渣放置于烘箱中低溫烘干(優(yōu)選60℃)至水分在8％以下，放入粉碎機(jī)粉碎，粉碎后過200-300目篩，獲得茶渣粉。

12、優(yōu)選的，步驟(1)所述去離子水體積用量以茶渣粉質(zhì)量計(jì)為20-70ml/g，優(yōu)選50-70ml/g，更優(yōu)選60ml/g；所述半纖維素酶與纖維素酶混合物是由半纖維素酶與纖維素酶以質(zhì)量比4:1混合而成，所述半纖維素酶與纖維素酶混合物以茶渣粉質(zhì)量計(jì)為1-2％，優(yōu)選1.6％；所述酶解溫度優(yōu)選50℃條件下酶解2h。微波處理?xiàng)l件優(yōu)選250w處理20min。

13、優(yōu)選的，步驟(2)質(zhì)量濃度為30％的h2o2溶液與步驟(1)中茶渣粉質(zhì)量比為5-8:1，優(yōu)選6.4:1；所述vc與步驟(1)中茶渣粉質(zhì)量比為0.001-0.1:1，優(yōu)選0.048:1；所述feso4與步驟(1)中茶渣粉質(zhì)量比為0.1-1:1，優(yōu)選0.192:1；所述去離子水以步驟(1)中茶渣粉質(zhì)量計(jì)為1-10ml/g，優(yōu)選2.36ml/g；所述vc與feso4質(zhì)量比為1:4；所述30％的h2o2溶液中h2o2與vc和feso4的總質(zhì)量之比為8:1。

14、優(yōu)選的，步驟(4)振蕩條件為90℃、200rpm，往復(fù)回旋振蕩70min。

15、優(yōu)選的，步驟(7)脫蛋白步驟為：濃縮液中加入四分之一體積的sevag試劑(氯仿：正丁醇＝4:1，v:v)，37℃恒溫振蕩25min后，將混合液倒入離心管，4000r/min離心5min，取上清液再次重復(fù)上述脫蛋白操作至上層在280nm沒有吸收峰；將最后一次脫蛋白后的上清液在50℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)出有機(jī)溶劑后，得到純化的茶渣sdf濃縮液；將茶渣sdf濃縮液進(jìn)行冷凍干燥，初始溫度為-30℃，當(dāng)真空度為80pa時(shí)開始加熱，加熱至-20℃時(shí)保持1h，然后溫度每升高10℃保持1h，一直升溫至20℃，保持24h以上至樣品干燥(含水量在8％以下)，獲得可溶性茶渣膳食纖維。

16、本發(fā)明還提供一種改性茶渣膳食纖維在制備抗氧化劑中的應(yīng)用，所述改性茶渣膳食纖維為可溶性茶渣膳食纖維。

17、本發(fā)明還提供一種改性茶渣膳食纖維在制備α-淀粉酶抑制劑中的應(yīng)用，所述改性茶渣膳食纖維為可溶性茶渣膳食纖維。

18、本發(fā)明還提供一種改性茶渣膳食纖維在制備延長(zhǎng)氧化應(yīng)激狀態(tài)下秀麗隱桿線蟲壽命制劑中的應(yīng)用，所述改性茶渣膳食纖維為可溶性茶渣膳食纖維。

19、本發(fā)明還提供一種改性茶渣膳食纖維在餅干、面條等面制品中的應(yīng)用，所述改性茶渣膳食纖維為不溶性茶渣膳食纖維。

20、與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：

21、1.本發(fā)明采用微波與生物酶的預(yù)處理，綠色化學(xué)的改性方式，操作簡(jiǎn)便易行，環(huán)境友好，結(jié)合多糖的分子量分布范圍，可制得純度高的茶渣sdf；sdf溶出率可高達(dá)19.75％以上，且abts、dpph等自由基清除能力高；α-淀粉酶抑制能力強(qiáng)；對(duì)c.elegans在氧化應(yīng)激狀態(tài)下的保護(hù)效果好。

22、2.針對(duì)茶葉經(jīng)過浸泡后的茶渣中含有大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等結(jié)構(gòu)致密的不溶性膳食纖維，理化與功能特性存在缺陷，常規(guī)改性方法能耗大、破壁不充分、局部高溫等問題。微波是一種可用于生產(chǎn)熱壓縮水的新的加熱源，通過水分子的偶極旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的劇烈摩擦，能實(shí)現(xiàn)快速的樣品加熱；微波不僅在縮短反應(yīng)時(shí)間方面具有優(yōu)勢(shì)，而且在提供富含碳水化合物的生物質(zhì)的水解也具有優(yōu)勢(shì)。纖維素酶與半纖維素酶等不同種類生物酶對(duì)茶渣破壁位點(diǎn)差異能更有效地對(duì)df進(jìn)行改性。雙氧水是一種清潔高效的氧化劑和典型的環(huán)保劑，亦是產(chǎn)生氧自由基的最常用試劑之一。基于此，茶渣首先在微波輔助與生物酶法預(yù)處理的基礎(chǔ)上，利用雙氧水在還原劑與有機(jī)酸作用下能產(chǎn)生超強(qiáng)自由基，可高效破壁且獨(dú)具的脫色與降低df分子量的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合bbd的設(shè)計(jì)方法，在充分保證細(xì)胞壁的可控破碎效果，形成疏松多孔的狀態(tài)的同時(shí)，有利于茶渣df中可溶性sdf的充分溶出，并制備分子量分布窄，破壁過程不破壞sdf“活性片段”的完整性、產(chǎn)量高的功能性sdf，同時(shí)具有整個(gè)操作過程不引入雜質(zhì)、無污染、對(duì)設(shè)備要求低且能耗少等諸多優(yōu)勢(shì)。

23、3.自由基介導(dǎo)的改性技術(shù)處理茶渣制備的產(chǎn)品無異味、感官性狀好，無需脫色等后處理。操作中所使用低濃度雙氧水，操作結(jié)束后易分解成水與氧氣，在整個(gè)單元操作過程中不會(huì)留下任何殘留物。操作中加入fe2+-vc，有助于茶渣中sdf的有效溶出及生物活性的增強(qiáng)。自由基介導(dǎo)的改性技術(shù)處理方式可使茶渣sdf的溶出率、自由基清除能力(abts+清除率、dpph自由基清除率)、α-淀粉酶抑制能力以及秀麗隱桿線蟲的抗應(yīng)激能力顯著提高(p<0.05)。茶渣sdf的溶出率、abts+、dpph自由基清除率與α-淀粉酶抑制率比傳統(tǒng)的采用熱水提取的茶渣sdf分別提高了2.69倍、2.44倍、2.09倍與1.55倍；雙氧水誘導(dǎo)與甲基紫精誘導(dǎo)下線蟲平均存活時(shí)間比傳統(tǒng)熱水提取的茶渣sdf分別提高了20.06％與39.85％。該改性工藝對(duì)茶渣中idf的理化特性也有較好的改善效果，以及改性后過150目篩的茶渣idf的結(jié)合水力為改性前茶渣的1.91倍，對(duì)膽酸鈉吸附能力是改性前的32.04倍，均具有顯著效果(p<0.05)。該工藝條件溫和，綠色環(huán)保，符合保健食品的生產(chǎn)要求。

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